(57)【要約】【課題】縦型熱処理装置を用いて基板に対してシリコンの成膜処理例えばシリコンのエピタキシャル成長を行う場合にパーティクル汚染を低減することのできる技術を提供すること。【解決手段】予めシラン系のガスにより反応管１内及びウエハボート２１にシリコン膜３をプリコートし、次いで、ウエハＷを反応管１内に搬入した後、混合ガス（ＨＦ＋ＮＨ３）によりウエハＷの表面の自然酸化膜を除去し、その後シラン系のガスによりウエハＷに対してエピタキシャル成長処理を行う。混合ガスを供給する第３のインジェクタ１４の開口端１４ａの高さ位置は、反応管１内にプリコートされたシリコン膜よりも上方位置となるように設定されている。これにより、混合ガスによって反応管１がエッチングされ、パーティクルが発生することを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英製の基板保持具に複数枚の基板を棚状に保持し、この基板保持具を縦型の石英製の反応管内に搬入し、基板にシリコン膜を成膜する縦型熱処理装置において、
前記反応管を囲むように設けられ、当該反応管内を加熱雰囲気とするための加熱手段と、
前記反応管内にシリコン成膜用のガスを供給する第１のガス供給管と、
反応管内に成膜されているシリコン膜を除去するためのシリコン除去用のクリーニングガスを反応管内に供給する第２のガス供給管と、
基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するための自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給するために設けられ、その内周面がシリコン膜により被覆された第３のガス供給管と、
前記反応管内にて処理ガスが当該反応管の下部側から上部側に流れるように設けられた排気口と、
前記シリコン成膜用のガスを反応管内に供給して予め反応管内にシリコン膜をプリコートしておくステップと、基板が反応管内に搬入された後、前記自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給するステップと、続いて前記シリコン成膜用のガスを反応管内に供給して基板にシリコン膜を成膜させる処理を行うステップと、基板を反応管内から搬出した後、前記クリーニングガスを反応管内に供給して反応管内に付着しているシリコン膜を除去するステップと、を実行するための制御部と、を備え、
前記第３のガス供給管は、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置しているガス吐出口を備え、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位よりも下方側にはガス吐出口を備えていないことを特徴とする縦型熱処理装置。
【請求項２】
前記基板にシリコン膜を成膜する処理は、シリコンをエピタキシャル成長させる処理であることを特徴とする請求項１記載の縦型熱処理装置。
【請求項３】
前記第３のガス供給管は、ガス吐出口が、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置している主ガス供給管と、
この主ガス供給管から供給される自然酸化膜除去用のガスの不足分を補償するために基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルよりも上方にガス吐出口が位置する補助ガス供給管と、を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の縦型熱処理装置。
【請求項４】
前記第３のガス供給管は、基板保持具の下方側から処理対象の基板群の側方の領域に亘って伸びるように構成されると共に長さ方向に複数のガス吐出穴が形成され、これらガス吐出穴における下限のガス吐出穴は、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置していることを特徴とする請求項１または２記載の縦型熱処理装置。
【請求項５】
前記自然酸化膜除去用のガスは、フッ化水素を含むガスであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の縦型熱処理装置。
【請求項６】
周囲に加熱手段が配置された縦型の石英製の反応管の下部側から上部側にガスが流れるように構成された縦型熱処理装置を用い、複数枚の基板にシリコン膜の成膜を一括して行う熱処理方法において、
石英製の基板保持具を前記反応管内に搬入し、シリコン成膜用のガスを用いて当該反応管内にシリコン膜をプリコートする工程と、
次いで前記基板保持具を反応管から搬出し、複数枚の基板を棚状に保持して前記反応管内に搬入する工程と、
反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置しているガス吐出口を備え、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位よりも下方側にはガス吐出口を備えていないガス供給管を介して、自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給し、前記基板の表面に形成された自然酸化膜を除去する工程と、
続いてシリコン成膜用のガスを反応管内に供給して基板にシリコン膜の成膜処理を行う工程と、
前記基板保持具を前記反応管内から搬出する工程と、
その後、シリコン除去用のクリーニングガスを反応管内に供給して反応管内に付着しているシリコン膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にシリコンの成膜処理例えばシリコンのエピタキシャル成長を行う縦型熱処理装置及びこの装置を用いた熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造工程において多数枚の基板に対して一括して熱処理を行う縦型熱処理装置は、複数枚のウエハを保持したウエハボートを反応管の内部に搬入すると共に、反応管に設けられた処理ガス供給管を介して処理ガスを供給することによって基板の熱処理を行うように構成されている。
【０００３】
図１２に縦型熱処理装置の一例を示すと、この装置はヒータ１７が内周面に設けられた加熱炉本体１７ａ内に縦型の反応管１を設置し、蓋体２の上に設けられたウエハボート２１を反応管１内とその下方位置との間で蓋体２と共に昇降できるように構成されている。また反応管１のフランジ部にはガス供給管が挿入されると共に反応管１の上部には排気口１５が設けられ、反応管１内をガスが下方側から上方側に流れるようになっている。なお図１２では種々のガス供給管の一部として、モノシランガス用のガス供給管１２とフッ化水素ガス用のガス供給管１４とを便宜上示してある。
この縦型熱処理装置を用いて、シリコンウエハ（以下ウエハという）上にシリコンのエピタキシャル成長を行う場合には、環境をＳｉ（シリコン）雰囲気にする必要があるため、反応管１及びウエハボート２１は石英製のものが用いられる。
【０００４】
この図１２に示すウエハＷの表面にシリコンのエピタキシャル成長を行う場合、ウエハＷの表面にシリコンが露出している必要があるが、ウエハＷは大気雰囲気を搬送されるため、表面に自然酸化膜（シリコン酸化膜）が生成されてエピタキシャル成長を行うことができない場合がある。そこでフッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガスを供給してウエハＷの表面の自然酸化膜をエッチングする工程を行い、自然酸化膜を除去してからシリコンのエピタキシャル成長を行うようにしている。
【０００５】
ところが石英はシリコンの酸化物であるため、反応管１やウエハボート２１等の石英部品も、既述の混合ガスによりエッチングされてしまう。そこで既述の混合ガスを供給する前に、反応管１の内部を（ポリ）シリコン膜３でプリコートして石英を保護し、熱処理後には反応管１の内部に成膜されたシリコン膜３を含めて、全てのシリコン膜３をフッ素（Ｆ２）ガスにより除去している。
【０００６】
しかしながら、このシリコン膜３は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成されるため、反応管１のうちヒータ１７によって十分加熱されない下部領域にはシリコン膜３が成膜されない。そのためこの下部領域は、既述の混合ガスによりエッチングされて、パーティクルを発生させる要因になっており、これによるパーティクル汚染によってウエハの歩留まりが低下する虞があった。
【０００７】
一方特許文献１には、反応管やウエハボート等を炭化ケイ素（ＳｉＣ）、若しくはシリコンによって形成した縦型熱処理装置が記載されている。炭化ケイ素やシリコンは、フッ化水素ガス及びアンモニアガスの混合ガスによってエッチングされない。しかしながらウエハにエピタキシャル成長を行わせる場合、ウエハだけでなく反応管やウエハボートにもポリシリコンが成膜されるため、このポリシリコン膜を除去するためにフッ素（Ｆ２）ガスを供給してクリーニング処理を行うと、炭化ケイ素やシリコンは、フッ素ガスによってエッチングされてしまう。従って特許文献１の縦型熱処理装置をウエハにシリコンのエピタキシャル成長を行わせる装置として使用するには不向きである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
［特許文献１］  特開２００８−２８３３０７号公報（段落番号００２３、００２４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、縦型熱処理装置を用いて基板に対してシリコンの成膜処理例えばエピタキシャル成長を行う場合にパーティクル汚染を低減することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の縦型熱処理装置は、
石英製の基板保持具に複数枚の基板を棚状に保持し、この基板保持具を縦型の石英製の反応管内に搬入し、基板にシリコン膜を成膜する縦型熱処理装置において、
前記反応管を囲むように設けられ、当該反応管内を加熱雰囲気とするための加熱手段と、
前記反応管内にシリコン成膜用のガスを供給する第１のガス供給管と、
反応管内に成膜されているシリコン膜を除去するためのシリコン除去用のクリーニングガスを反応管内に供給する第２のガス供給管と、
基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するための自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給するために設けられ、その内周面がシリコン膜により被覆された第３のガス供給管と、
前記反応管内にて処理ガスが当該反応管の下部側から上部側に流れるように設けられた排気口と、
前記シリコン成膜用のガスを反応管内に供給して予め反応管内にシリコン膜をプリコートしておくステップと、基板が反応管内に搬入された後、前記自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給するステップと、続いて前記シリコン成膜用のガスを反応管内に供給して基板にシリコン膜を成膜させる処理を行うステップと、基板を反応管内から搬出した後、前記クリーニングガスを反応管内に供給して反応管内に付着しているシリコン膜を除去するステップと、を実行するための制御部と、を備え、
前記第３のガス供給管は、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置しているガス吐出口を備え、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位よりも下方側にはガス吐出口を備えていないことを特徴とする。
「反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置しているガス吐出口を備え」とは、このガス吐出口に加えて当該ガス吐出口よりも上方側にガス吐出口がある場合も含まれる。また第３のガス供給管は１本のガス供給管であってもよいし、複数本のガス供給管の集合体も含む。
【００１１】
本発明において、基板にシリコン膜を成膜する処理は、例えばシリコンをエピタキシャル成長させる処理である。また前記自然酸化膜除去用のガスとして例えばフッ化水素を含むガスを挙げることができる。
【００１２】
本発明の熱処理方法は、
周囲に加熱手段が配置された縦型の石英製の反応管の下部側から上部側にガスが流れるように構成された縦型熱処理装置を用い、複数枚の基板にシリコン膜の成膜を一括して行う熱処理方法において、
石英製の基板保持具を前記反応管内に搬入し、シリコン成膜用のガスを用いて当該反応管内にシリコン膜をプリコートする工程と、
次いで前記基板保持具を反応管から搬出し、複数枚の基板を棚状に保持して前記反応管内に搬入する工程と、
反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間に位置しているガス吐出口を備え、反応管内にプリコートされるシリコン膜の下端部位よりも下方側にはガス吐出口を備えていないガス供給管を介して、自然酸化膜除去用のガスを反応管内に供給し、前記基板の表面に形成された自然酸化膜を除去する工程と、
続いてシリコン成膜用のガスを反応管内に供給して基板にシリコン膜の成膜処理を行う工程と、
前記基板保持具を前記反応管内から搬出する工程と、
その後、シリコン除去用のクリーニングガスを反応管内に供給して反応管内に付着しているシリコン膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、石英製の反応管及び基板保持具を備えた縦型熱処理装置を用い、例えば毎回シリコン膜により反応管内をプリコートした上で、基板に対してシリコン膜の成膜処理例えばエピタキシャル成長を行うにあたり、基板に対する前処理である自然酸化膜除去のためのガスを反応管内に供給するガス供給管について、反応管内に成膜されるシリコン膜の下端部位の高さレベルと、基板保持具に保持される処理対象の基板群の下限部位の高さレベルとの間にガス供給口を位置させている。従って自然酸化膜除去のためのガスが、反応管内のシリコン膜の形成されていない領域には供給されないため、反応管がエッチングされることを防止することができる。また第３のガス供給管は、シリコン膜が成膜されているため、自然酸化膜除去のためのガスを供給するときに第３のガス供給管がエッチングされることを防止することができる。従って自然酸化膜除去のためのガスにより反応管や第３のガス供給管がエッチングされてパーティクルが発生することを防止することができ、基板のパーティクル汚染を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す縦断側面図である。
【図２】前記熱処理装置のインジェクタの平面レイアウトの一例を示す横断平面図である。
【図３】前記熱処理装置の要部の縦断面図である。
【図４】本実施形態のウエハ熱処理方法について説明する説明図である。
【図５】本実施形態のウエハ熱処理方法について説明する説明図である。
【図６】本実施形態のウエハ熱処理方法について説明する説明図である。
【図７】本実施形態のウエハ熱処理方法について説明する説明図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す縦断側面図である。
【図９】他の実施形態に係る熱処理装置のインジェクタの平面レイアウトの一例を示す横断平面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態に係る熱処理装置の概略を示す縦断側面図である。
【図１１】本実施形態の熱処理装置のパーティクル数について調べた結果を示す説明図である。
【図１２】従来の熱処理装置の概略を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の縦型熱処理装置の実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。本実施形態の縦型熱処理装置は、ウエハＷに対して熱処理を行う処理領域を形成する石英（ＳｉＯ２）製の縦型の反応管１と、石英のカバーで覆われている蓋体２とを備えている。蓋体２の上には、ウエハＷを複数枚、例えば１２５枚保持可能な、基板保持具に相当するウエハボート２１が設けられており、蓋体２によって反応管１の開口部１１が封止されたときに、ウエハボート２１が処理領域の内部へと搬入されるように構成されている。この縦型熱処理装置には、反応管１の下端部の外縁側に反応管１と一体になるように形成されたフランジ部１０に、第１のガス供給管に相当する第１のインジェクタ１２、第２のガス供給管に相当する第２のインジェクタ１３、第３のガス供給管に相当する第３のインジェクタ１４、第４のガス供給管に相当する第４のインジェクタ１６及び不活性ガスインジェクタ１８が設けられている。
これらインジェクタ１２、１３、１４、１６及び１８はいずれも反応管１の下端部に形成されたフランジ部１０を外部から貫通して当該反応管１内に挿入され、各挿入部位は反応管１の周方向に互いに離間している。図２はインジェクタ１２、１３、１４、１６及び１８の平面方向の配置レイアウトの一例を示している。また図１では、第３のインジェクタ１４及び第４のインジェクタ１６を図示の便宜上、反応管１の径方向に対向させて記載してあり、この点において図２とは整合していない。
【００１６】
反応管１は、下端側にウエハボート２１の搬入出口となる開口部１１が形成されると共に、上端側には、反応管１の内部を排気するための排気口１５が設けられている。この排気口１５には、圧力調整部８０を有する排気管８１を介して排気手段である真空ポンプ８が接続されている。
【００１７】
反応管１の周囲には、反応管１内を加熱するための加熱手段をなす抵抗加熱体であるヒータ１７が設けられている。このヒータ１７は、上段部、中段部、下段部の３つの領域に分かれており、各ゾーンを独立して温度制御できるようになっている。なお１７ａは、ヒータ１７が取り付けられる加熱炉本体である。
【００１８】
蓋体２は、図示しないボートエレベータにより上下方向に昇降し、上昇したときに反応管１のフランジ部１０と接触して開口部１１を気密に封止するように構成されている。ウエハボート２１は、基台２２の上に設けられた複数本、例えば３本の支柱２３に多数、例えば１２５個の溝（スロット）が互いに対応する高さ位置に形成されて複数枚のウエハＷを棚状に保持するように構成されている。
【００１９】
また基台２２の下面には、蓋体２の中央に形成された貫通孔２０を貫通し、蓋体２の下部に設けられた駆動部２５によって回転する回転軸２４が設けられている。また本実施形態では、ウエハボート２１の上端側と下端側の棚に、例えば５枚ずつダミーウエハＷｄが保持されており、このダミーウエハＷｄの間で処理対象物であるウエハＷに対する熱処理が行われるように構成されている。
【００２０】
第１のインジェクタ１２は、図２に示すようにフランジ部１０を貫通して反応管１の中央に向けて水平に伸びるストレート型のインジェクタであり、配管を介してバルブＶ及び流量調整部Ｍ等を含む第１の処理ガス供給制御部３０と第１の処理ガス供給源３１とが接続されている。第１のインジェクタ１２は、シリコン膜のプリコートを行い、またウエハＷにシリコンの成膜処理であるシリコンエピキタキシャル膜を気相成長させる処理を行うための処理ガスを供給するためのものである。第１の処理ガス供給源３１に収容されている原料としては、本実施形態ではシラン系のガス、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）が用いられている。
【００２１】
第２のインジェクタ１３は、図２に示すように第１のインジェクタ１２と同形状のストレート型のインジェクタであり、配管を介してバルブＶ及び流量調整部Ｍ等を含む第２の処理ガス供給制御部４０と第２の処理ガス供給源４１と接続されている。第２のインジェクタ１３は、反応管１等にプリコートされたシリコン膜３と、後述するエピタキシャル成長処理時に反応管１の内部に成膜されたシリコン膜とを除去するためのクリーニング用ガスを供給するためのものである。そして本実施形態の第２の処理ガス供給源４１には、クリーニング用ガスの原料としてフッ素（Ｆ２）ガスが収容されている。
【００２２】
第３のインジェクタ１４は、図２及び図３に示すようにフランジ部１０の第１のインジェクタ１２と同じ高さ位置から反応管１の中央に向けて水平方向に伸び、途中で屈曲して反応管１の上部に向けて鉛直方向に伸びているＬ字型のインジェクタである。この第３のインジェクタ１４には、図３に示すようにその内周面にシリコン膜３ａが予め成膜（プリコート）されている。
【００２３】
第３のインジェクタ１４には、配管を介してバルブＶ及び流量調整部Ｍ等を含む第３の処理ガス供給制御部５０と第３の処理ガス供給源５１とが接続されている。第３のインジェクタ１４は、ウエハＷの表面に形成された自然酸化膜をエッチングして除去する自然酸化膜除去用の処理ガスを供給するためのものである。第３の処理ガス供給源５１には、例えばフッ化水素（ＨＦ）ガスが収容されている。また、この第３のインジェクタ１４には、反応管１内に窒素ガスを供給するために、バルブＶ及び流量調整部Ｍを介して後述の窒素ガス供給源５５が接続されている。
【００２４】
ここで第３のインジェクタ１４のガス吐出口となる開口端１４ａの高さ位置について述べる。本実施形態では、後述のようにウエハＷに対してシリコンのエピタキシャル成長を行う前に反応管１内にシリコン膜３を成膜（プリコート）しており、当該第３のインジェクタ１４から供給される自然酸化膜除去用の混合ガスに対して反応管１及びウエハボート２１の材質である石英を保護している。シリコン膜３は自然酸化膜除去用のガスであるフッ化水素ガスによってはほとんどエッチングされず、実際にはそのエッチング速度は１ｎｍ／分程度と極めて小さい。ところでシリコン膜は、第１のインジェクタ１２から供給されるシラン系のガス例えばモノシランガスの熱分解により反応管１内に成膜されるが、ヒータ１７はウエハボート２１上のウエハ群に対して熱処理ができるように配置されているため、ヒータ１７による熱処理ゾーンより下方に離れると雰囲気の温度は急激に低くなっている。一方ポリシリコン膜の成膜温度は概ね５６０℃付近であり、それよりも低い温度ではアモルファスの状態でシリコン膜が形成されている。従って厳密に言えば反応管１内にプリコートされるシリコン膜としては、ポリシリコン膜だけではなく、その下部側にはアモルファスシリコン膜が形成されるが、この明細書では両者をあわせて「シリコン膜」と言っている。
【００２５】
このようにヒータ１７による熱処理ゾーンよりの下方側の温度は急激に低くなることからヒータ１７からある距離だけ離れるとシリコン膜３が成膜されずに反応管１の材質である石英が露出する領域が存在する。なおウエハボート２１の下部側に石英製の断熱材２６（図１参照）を設ける場合にはこの断熱材２６についても同様のことが言える。そして自然酸化膜除去用のガスが石英に触れると当該石英はエッチングされることから、第３のインジェクタ１４からのガスが石英の露出部分に触れないように当該第３のインジェクタ１４の先端部に該当する開口端１４ａの高さ位置を設定している。具体的には開口端１４ａは、プリコート時に反応管１の内壁などに成膜されるシリコン膜３の下端位置と同程度の高さ位置よりも上方位置であることが必要である。「シリコン膜の下端位置と同程度の高さ位置」とは、シリコン膜３の下端位置と同じ高さ位置だけでなく、当該下端位置よりもわずかに（具体的には３〜４ミリ程度）下方であって、当該開口端１４ａから拡散したガスがシリコン膜３の下方側における石英の露出部分に触れない位置も含まれる。
【００２６】
一方前記自然酸化膜除去用のガスは、ウエハボート２１上の処理対象であるウエハＷ（製品ウエハ）の表面の自然酸化膜を除去するためのものであるから、第３のインジェクタ１４の先端部の開口端１４ａは、ウエハボート２１上のウエハＷ群の最下段のウエハＷの高さ位置よりも低くすることが必要である。
第４のインジェクタ１６は、図２及び図３に示すようにフランジ部１０を貫通して反応管１の中央に向けて水平に伸びるストレート型のインジェクタであり、配管を介して第４の処理ガス供給制御部３２及び第４の処理ガス供給源３３が接続されている。第４の処理ガス供給源３３には、例えばアンモニア（ＮＨ3）ガスが収容されている。このアンモニアガスは反応管１内でフッ化水素ガスと混合され、自然酸化膜除去を促進させる役割を果たす。
また第４のインジェクタ１６は、不活性ガスである窒素（Ｎ2）ガスを供給する役割も有しており、このため配管から分岐して窒素ガス供給源５５が接続されている。窒素ガス及びアンモニアガスは各々独立してガスの給断、流量調整ができるようになっているが、便宜上両者のガス供給を制御するガス供給制御部として、符号７０を割り当てている。
【００２７】
不活性ガスインジェクタ１８は、図２に示すように、第１のインジェクタ１２と同形状のストレート型のインジェクタであり、配管を介して不活性ガス供給制御部６０及び不活性ガス供給源６１が接続されている。不活性ガス供給源６１には、不活性ガスである、例えば窒素（Ｎ２）が収容されている。なお、各インジェクタ１２、１３、１４、１６及び１８の配置レイアウトは図２に限定されるものではない。
【００２８】
またこの縦型熱処理装置には、制御部５が設けられている。制御部５は、例えばコンピュータからなり、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部の他に、ウエハＷを熱処理するためのプログラム等を備えている。このプログラムには、ウエハＷを熱処理するときに行われる一連の動作に関するステップ（命令）群が組まれている。これらのプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）、ハードディスクなどの記憶媒体に格納されて制御部５にインストールされる。
【００２９】
次にこの縦型熱処理装置を用いて、ウエハＷにエピタキシャル成長処理を行う一連の流れについて図１、図２及び図４ないし図７を参照して説明する。まず図４に示すように、反応管１の内壁面及びウエハボート２１にシリコン膜３を成膜（プリコート）する工程を行う。この工程では、まずウエハボート２１にダミーウエハＷｄのみが保持され、製品ウエハＷが保持されていない状態で、ウエハボート２１を反応管１内に搬入して蓋体２により開口部１１を封止する。反応管１内が、所定の温度、例えば６００℃に安定した後、モノシランガスを供給するときに反応管１内の圧力を減圧し、シリコン膜３を例えば１００ｎｍの厚さとなるように成膜（プリコート）する。なお、このプリコート工程においては、ダミーウエハＷｄを反応管１内に搬入しなくともよい。ウエハボート２１にも同様にシリコン膜が成膜されるが、ここでは記載を省略している。このようなシリコン膜３のプリコートを行う場合には、プリコート用のガスこの例ではモノシランガスのみを流し、不活性ガスは流さない方が好ましい。その理由は、インジェクタ１４の内壁部にプリコートされたシリコン膜３ａについて、その先端部などがクリーニング工程により剥離している可能性があり、当該部分を再度シリコン膜３ａでプリコートするためである。
【００３０】
本実施形態では、後述する自然酸化膜のエッチング工程において、搬入されるウエハＷの上に形成される自然酸化膜の最大の厚みが予め分かっており、その自然酸化膜の最大の厚さから自然酸化膜のエッチングを行う時間を最大６０分に設定している。これに対し、既述のようにフッ化水素ガスとアンモニアガスの混合ガスによりエッチングされるシリコン膜３の量は、１ｎｍ／分以下であるため、自然酸化膜のエッチング工程において、混合ガスにより反応管１等のエッチングを防ぐために必要となるシリコン膜３の厚さは計算上６０ｎｍ以上となる。そして本実施形態では、必要となるシリコン膜３の量に余裕を持たせて、既述のように１００ｎｍのシリコン膜３を成膜している。
【００３１】
シリコン膜３の成膜が終了すると、次にウエハボート２１が搬出されて、当該ウエハボート２１に処理対象となるウエハＷ（製品ウエハやモニタウエハ）が搭載された後、図５に示すようにウエハボート２１が反応管１内に搬入されて蓋体２によって開口部１１が封止される。ウエハボート２１に保持されているウエハＷは、既述のように大気雰囲気を搬送されていることから表面が酸化されて自然酸化膜が例えば１ｎｍ程度形成されている。エピタキシャル成長処理では、ウエハＷ上の単結晶シリコンの原子配列を保ったまま結晶を増大させるため、この結晶情報を遮断する自然酸化膜を除去する必要がある。このため、反応管１の内部の温度を例えば、２００℃に設定して、フッ化水素ガスを第３のインジェクタ１４の先端の開口端１４ａから反応管１の内部へと供給し、また第４のインジェクタ１６からアンモニアガスを吐出する。このアンモニアガスは上昇してフッ化水素ガスと混合される。この混合ガスは、図５に示すように上部の排気口１５へ向かって上昇しながら拡散していき、ウエハボート２１に保持されているウエハＷの表面へと供給されて、ウエハＷの自然酸化膜をエッチングして除去する。そして予め設定した時間、例えは既述の６０分間が経過した後、混合ガスの供給を停止して反応管１から混合ガスを排気する。
【００３２】
自然酸化膜が除去され、混合ガスが排気された後、図６に示すように第１のインジェクタ１２からモノシランガスが反応管１内に供給される。このときの反応管１内の温度は、例えば６００℃に設定され、圧力は、例えば２７Ｐａ（０．２Torr）に設定される。ウエハＷの表面には、既に自然酸化膜が除去されて単結晶シリコンが露出しているので、シリコンエピタキシャル層が形成される。またこの熱処理を行うことによって反応管１の内壁及びウエハボート２１にはポリシリコン膜が成長する。そしてモノシランガスの供給が停止された後、不活性ガスインジェクタ１８（図３参照）から窒素ガスが供給されて、反応管１の内部が窒素ガスに置換され、大気圧へと復帰する。その後、ウエハボート２１が搬出されてウエハＷがウエハボート２１から取り出され、次いで当該ウエハボート２１が反応管１に搬入される。
【００３３】
続いて図７に示すように、反応管１内を、例えば３００℃の温度に設定し、第２のインジェクタ１３（図３参照）からハロゲンを含むシリコン除去用のガス、例えばフッ素ガスを反応管１の内部に供給し、反応管１の内壁面及びウエハボート２１に予めプリコートしたシリコン膜３及びエピタキシャル成長時にプリコート膜（シリコン膜）上に積層されたシリコン膜を除去する。このとき、窒素供給源５５から第４のインジェクタ１６を介して窒素ガスを反応管１内に供給することが好ましく、このようにすることでシリコン膜３が除去された後に反応管１やウエハボート２１の石英製品がエッチングされることが抑えられる。また、例えば第３のインジェクタ１４の内周面にプリコートされたシリコン膜３ａを保護するために、当該第３のインジェクタ１４からも同様に窒素ガスを反応管１内に供給する。その後反応管１の内部を窒素雰囲気に置換し、一連の処理が終了する。その後、さらにエピタキシャル成長処理を行う場合には、上述した一連の工程を繰り返す。
【００３４】
上述した本実施形態の縦型熱処理装置では、石英製の反応管１及びウエハボート２１を備えた縦型熱処理装置を用い、例えば毎回シリコン膜３により反応管１内をプリコートした上で、ウエハＷに対してエピタキシャル成長処理を行うにあたり、ウエハＷに対する前処理である自然酸化膜除去のためのフッ化水素ガスを反応管１内に供給する第３のインジェクタ１４について、反応管１内に成膜されるシリコン膜３の下端部位の高さレベルと、ウエハボート２１に保持される処理対象のウエハ群の下限部位の高さレベルとの間に開口端１４ａを位置させている。このためフッ化水素ガスが、反応管１内のシリコン膜３の形成されていない領域には供給されないため、反応管１がエッチングされることを防止することができる。また第３のインジェクタ１４は、シリコン膜３ａにより被膜されているため、フッ化水素ガスを供給するときに第３のインジェクタ１４がエッチングされることを防止することができる。従って自然酸化膜除去のためのフッ化水素ガスにより反応管１や第３のインジェクタ１４がエッチングされてパーティクルが発生することを防止することができ、パーティクル汚染によるデバイスの歩留まりの低下を抑えることができる。
【００３５】
なお本実施形態では、第３のインジェクタ１４の内周面にプリコートしたシリコン膜３ａで、第３のインジェクタ１４がエッチングされることを防止しているが、シリコン膜３ａは、フッ化水素ガスの供給により僅かにエッチングされていく。そこで第３のインジェクタ１４のシリコン膜３ａは、例えば膜割れし難い厚さ等を考慮して３μｍと非常に厚く成膜されており、多数回の使用に耐えるようになっている。
【００３６】
また本実施形態では、第１の処理ガス供給制御部３０からエピタキシャル成長処理用の処理ガス、若しくはシリコン膜３の成膜用のガスとして、モノシランガスを供給しているが、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ヘキサクロロジシラン（Ｓｉ２Ｃｌ６）、シクロペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１０）などのシラン系のガスを供給してもよい。
【００３７】
また本実施形態では、自然酸化膜除去用ガスとして、フッ化水素ガスとアンモニアガスの混合ガスを供給しているが、例えばフッ化水素ガスのみを供給してもよい。また本実施形態では、クリーニング用ガスとして、フッ素（Ｆ２）ガスを供給しているが、例えば三フッ化塩素（ＣｌＦ３）ガスなどを供給してもよい。さらにまた、本実施形態では、シリコン膜３のプリコートとクリーニング用ガスによる当該シリコン膜の除去との処理を１バッチの処理毎（毎回）行わずに、２回以上の処理を行う毎に行ってもよい。
【００３８】
また本実施形態の反応管１は単管で形成されているが、例えば上下両端が開放されている内管と、当該内管を囲み、上部が閉塞端となっている外管とを備えた二重管を反応管として備えた縦型熱処理装置であっても適応可能である。この場合、ガスの流れは、内管の下部から供給され、内管の上部開放端へと向かい、その後内管と外管の間を通って降下して外管の下部に設けられた排気口へと向かい、その排気口から排気されることになる。即ち単管においても二重管においてもガスが処理雰囲気内を下から上へと流れ、処理雰囲気から見れば上部から排気されることになる。
【００３９】
上述の実施の形態では、シリコンの成膜処理としてシリコンのエピタキシャル成長を挙げたが、本発明はこれに限らず、シリコン膜を成膜したときにその下地に自然酸化膜が存在することで不具合が生じ、そのために当該自然酸化膜を除去する工程を行ってからシリコン膜を成膜するプロセスに対して有効である。その例としては例えばｎ型あるいはｐ型の不純物をドープするポリシリコン膜を導電部として使用するデバイスであって、基板の下地膜が他の成膜装置で成膜され、そのために大気搬送が行われて当該下地膜の表面に自然酸化膜が形成された場合を挙げることができる。
【００４０】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態では、自然酸化膜除去用の処理ガスであるフッ化水素ガスを反応管１内に供給するための第３のガス供給管として、図８に示すように、既述の第３のインジェクタ１４に加えて、更に例えば２本のインジェクタ１４１、１４２を用いている。インジェクタ１４は、主ガス供給管をなすものであり、先の実施の形態と同様に、開口端１４ａの高さ位置が反応管１内にプリコートされるシリコン膜３の下端部位の高さレベルと、ウエハボート２１に保持される処理対象のウエハ（製品ウエハあるいはモニタウエハ）Ｗ群の下限部位の高さレベルとの間に位置している。
【００４１】
インジェクタ１４１、１４２は、各々補助ガス供給管をなすものであり、ウエハボート２１の上方領域において主ガス供給管であるインジェクタ１４から供給されるフッ化水素ガスが消費されて不足する場合に、この不足分を補償するためのものである。そのため、これらのインジェクタ１４１、１４２のガス供給口である開口端１４ａの高さ位置は、ウエハボート２１に保持される処理対象のウエハ（製品ウエハ）Ｗの下限部位の高さレベルよりも上方に位置している。この例では、インジェクタ１４１の開口端１４ａはウエハボート２１における処理対象ウエハＷの保持領域の上下方向中央よりも若干下方側に位置し、またインジェクタ１４２の開口端１４ａはウエハボート２１における処理対象ウエハＷの保持領域の上端部よりも少し下方側に位置している。
【００４２】
これらの各インジェクタ１４、１４１及び１４２は、図９に示すように、夫々バルブＶ及び流量調整部Ｍを含む処理ガス供給制御部５０を介して既述の第３の処理ガス供給源５１に接続されており、夫々の開口端１４ａから吐出するフッ化水素ガスの流量及び給断を独立して調整できるように構成されている。尚、図８では、図示の便宜上、３本のインジェクタ１４、１４１、１４２をウエハボート２１の左右に分けて描画しているが、これらのインジェクタ１４、１４１、１４２は、図９に示すように、反応管１内の周方向に互いに離間して配置されている。これらのインジェクタ１４１、１４２についても、インジェクタ１４同様にその内壁面にシリコン膜３ａが予めプリコートされている。
【００４３】
この実施の形態の熱処理装置では、自然酸化膜のエッチング工程において、インジェクタ１４から吐出されたフッ化水素ガスは、図８では見えない第４のガス供給管１６（図９参照）から吐出されるアンモニアガスと混合されて、反応管１内を上方に向かって拡散していき、ウエハボート２１に保持された製品ウエハＷ群に対して下方側から順番に自然酸化膜のエッチングを行っていく。この時、インジェクタ１４から吐出されたフッ化水素ガスが上方に向かうにつれて、自然酸化膜のエッチングに有効に寄与できるフッ化水素ガスが次第に消費されて不足する場合もあるが、当該インジェクタ１４よりも開口端１４ａが上方に位置するインジェクタ１４１、１４２により当該不足分が補償されるように未反応のフッ化水素ガスを吐出して補うようにしている。そのため、各々のウエハＷは、ウエハボート２１の各ウエハＷ間において自然酸化膜が高い均一性をもって除去され、更にまた各ウエハＷ毎に高い面内均一性をもって自然酸化膜の除去処理が行われる。
【００４４】
このような実施の形態によれば、ウエハＷの面内及び面間のいずれについても均一性の高い自然酸化膜の除去処理を容易に行うことができるが、ウエハボート２１の高さによっては、先の実施の形態のように１本のフッ化水素ガス用のインジェクタ１４を用いても、良好な処理を行うことができる。従って、本発明はフッ化水素ガス用のインジェクタ１４を複数本用いることが必要であるという訳ではない。尚、インジェクタ１４０の本数としては、２本以上であれば良く、これらの複数のインジェクタ１４０のうち少なくとも１本を既述の主ガス供給管として構成すると共に、少なくとも１本のインジェクタ１４０を補助ガス供給管として配置すれば良い。
【００４５】
続いて、本発明の更に別の実施の形態について、図１０を参照して説明する。この実施の形態では、フッ化水素ガスを反応管１内に供給するための第３のガス供給管として、ウエハボート２１の下方側から処理対象のウエハＷ群の側方の領域に亘って上方側に向かって伸びるインジェクタ１４３を備えている。このインジェクタ１４３におけるウエハボート２１側の側面には、当該インジェクタ１４３の長さ方向に沿って、例えばウエハボート２１内におけるウエハＷの配置間隔に対応するように、例えばウエハＷ間にフッ化水素ガスを吐出するように複数箇所にガス吐出孔１４４が形成されている。これらのガス吐出孔１４４のうち下限（最も下方位置）のガス吐出孔１４４は、反応管１内にプリコートされるシリコン膜３の下端部位の高さレベルと、処理対象のウエハＷ群の下限部位の高さレベルとの間に位置している。尚、図１０では、複数のガス吐出孔１４４のうち一部を簡略化して描画しており、またこれらガス吐出孔１４４の間隔については模式的に示している。また、この例においても、アンモニア用のガス供給管１６は先の実施の形態と同様に１本だけ設けられている。このガス吐出孔１４４における反応管１の内部に連通する領域（ガス吐出孔１４４の内面）には、既述のインジェクタ１４と同様に予めシリコン膜３ａがプリコートされている。
【００４６】
この実施の形態においても、複数のガス吐出孔１４４のうち下限のガス吐出孔１４４によりウエハボート２１の高さ方向に亘ってフッ化水素ガスが供給され、当該ガス吐出孔１４４よりも上方側に形成されたガス吐出孔１４４によりフッ化水素ガスの不足分が補償されることになり、高さ方向に亘って良好に自然酸化膜のエッチングが行われる。このようないわゆる分散型のインジェクタ１４３を用いる場合、当該インジェクタ１４３を、反応管１の周方向における互いに見える位置において図１０のように立設させる構成としても良いし、あるいは図１に示したＬ字型のインジェクタ１４を図１と同様の配置で設けるようにしても良い。
【実施例】
【００４７】
本発明の効果を確認するために行った実験について、以下図８を参照して説明する。本実験は、第１の実施形態に係る縦型熱処理装置を用い、反応管１とウエハボートにシリコンの膜のプリコートを行った後、ベアウエハであるテストウエハを搬入し、以下のプロセス条件下でフッ化水素ガスとアンモニアガスの混合ガスを供給してテストウエハＷの自然酸化膜を除去する工程を行った。ウエハボート上のテストウエハの保持位置については、ウエハボートの上下両端部に数枚ずつダミーウエハを保持した上で、上部のダミーウエハの一つ下の段、ウエハボートの中央の段及び下部のダミーウエハの一つ上の段にテストウエハを保持し、これらを夫々Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃとする。
【００４８】
そして自然酸化膜を除去する工程が終了した時点で、ウエハボート２１を搬出し、テストウエハに付着しているパーティクルのうち、大きさ０．０８μｍ以上の大きさのパーティクルの量をウエハ表面検査装置にて調べた。
【００４９】
また本実験では、比較対象として、図９に示す従来の縦型熱処理装置を用いて同様の試験を行った。なお上述のテストウエハＷａ、Ｗｂ、Ｗｃに対応するウエハは、Ｗａ’、Ｗｂ’、Ｗｃ’とする。また本実験では、自然酸化膜を除去するときの処理圧力、処理温度、処理時間を、本実施形態の縦型熱処理装置を用いた評価試験と、比較対象となる従来の縦型熱処理装置を用いた評価試験との間で同じに設定してある。
【００５０】
次に上記実験結果について説明する。図１１は、縦軸にウエハＷに付着していたパーティクルの数、横軸にウエハボート２１上のウエハＷの保持位置（スロット位置）をとったグラフであり、本実施形態の縦型熱処理装置と従来の縦型熱処理装置に付着していたパーティクルの数を並べて示している。図１１に示すように、ウエハＷａには１０６個、ウエハＷｂには１２４個、ウエハＷｃには１６２個のパーティクルが付着していた。これに対しウエハＷａ’には１５１２個、ウエハＷｂ’には１５４２個、ウエハＷｃ’には１３２５個のパーティクルが付着していた。つまり従来の縦型熱処理装置の各ウエハＷａ’、Ｗｂ’、Ｗｃ’に付着していたパーティクルの量は、本実施形態の縦型熱処理装置の各ウエハＷａ、Ｗｂ、Ｗｃと比較して約１０倍程度多かった。この結果から、本実施形態の縦型熱処理装置では、従来と比較して大幅にパーティクルが低減していることが分かる。
【符号の説明】
【００５１】
１  反応管
２  蓋体
３、３ａ  シリコン膜
５  制御部
８  真空ポンプ
１０  フランジ部
１１  開口部
１２  第１のインジェクタ（第１のガス供給管）
１３  第２のインジェクタ（第２のガス供給管）
１４  第３のインジェクタ（第３のガス供給管）
１４ａ  開口端
１５  排気口
１７  ヒータ
１８  不活性ガスインジェクタ
２１  ウエハボート（基板支持具）
２６  断熱材
３０  第１の処理ガス供給制御部
３１  第１の処理ガス供給源
４０  第２の処理ガス供給制御部
４１  第２の処理ガス供給源
５０  第３の処理ガス供給制御部
５１、５２  第３の処理ガス供給源
６０  不活性ガス供給制御部
６１  不活性ガス供給源
Ｗ  ウエハ
Ｗｄ  ダミーウエハ
【図１】
2010219494.tif 000003
【図２】
2010219494.tif 000004
【図３】
2010219494.tif 000005
【図４】
2010219494.tif 000006
【図５】
2010219494.tif 000007
【図６】
2010219494.tif 000008
【図７】
2010219494.tif 000009
【図８】
2010219494.tif 000010
【図９】
2010219494.tif 000011
【図１０】
2010219494.tif 000012
【図１１】
2010219494.tif 000013
【図１２】
2010219494.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月15日(2010.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［特許文献１］特開２００８−２８３０７号公報（段落番号００２３、００２４）